• 최종편집 2024-03-28(목)
 

탄소중립으로 가는 길은 우선 배출업체의 배출가스에 대한 정확한 분석을 바탕으로 이를 포집, 재활용하는 방안을 마련하는 일이다. 그런데 현대제철은 현대그린파워라는 부생가스 발전설비를 건설하면서 코크스가스를 포집하는 기술을 확보하고 여기에서 나오는 배기 가스인 일산화탄소나 이산화탄소, 질소, 메탄 함께 황 등 부수물질을 재사용, 재활용, 제거 등을 해결하는 프레임워크를 구축하는 일을 해야 할 입장이다.

당진시의 탄소중립은 바로 이런 일을 핵심사업으로 추진해야 탄소중립을 성공적으로 실행해 나갈 수 있는 것이다.

 

20224, IPCC탄소 포집 없이는 탄소 중립이 불가능하다“2050년까지 감축해야 할 22억톤 중 30~60%6~13억톤은 탄소 포집으로 처리해야 한다고 밝혔다.

국제에너지기구(IEA)20209월에 발간한 청정에너지 전환에서 탄소 포집, 활용 및 저장 특별 보고서를 내놓으면서 탄소포집 기술 없이 탄소 순배출 제로에 도달하는 것은 현실적으로 불가능하다며 세계 각국들이 탄소 포집에 동참해 줄 것을 촉구했다.

이런 포집 기술이 당진산업단지 내 현대그린파워 부생가스 발전소가 보유하고 있어 당진시 탄소중립 사업은 이에 기반으로 하는 탄소중립 사업을 본격화해야 할 것이다.

 

현대그린파워는 20074월에 현대제철과 중부발전(보령에 본사)가 각각 29%씩 출자하고 나머지 산업은행 등이 42%를 재무 출자로 설립된 특수목적법인(SPC)이다. 특수목적법인(SPC)이란 원래 은행이 가진 부실채권을 매각하여 은행의 부실을 막기 위해서 일시적으로 세워진 자산유동화전문회사이다. 따라서 현대그린파워 부생가스 발전소는 대형 프로젝트를 수행하기 위해서 임시적으로 만들어진 투자재원 지원회사라고 할 수 있다.

여기에서 사업비 12,258억원을 조성하여 66개월간 8호기의 부생가스 발전소를 건설하여 201410월에 현대제철에서 나오는 부생가스를 기반으로 1호기 당 100MW를 생산하는 발전설비 8호기를 완성하였다. 그리고 현대제철은 2016500억원을 투자하여 수소공장을 세워 수소를 활용하고 있다.

실제로 자기발전은 2020년 이후에 이뤄졌기 때문에 사실상 부생가스 발전소 가동은 2020년 이후에 이뤄졌다고 할 것이다.

 

1호기에서 4호기까지는 5,259억원, 5호기에서 8호기에는 6,327억원이 투입되어 전체 11,586억원이라는 엄청난 투자자금이 투입되었다. 그리고 현대제철은 2016년에 500억원을 투자하여 당진 수소공장을 세워 코크스 가스를 포집하는 기술이 완성되었다고 할 수 있다.

제철소에서 나오는 부생가스에는 코크스 가스, 고로가스, 전로가스 3가지가 있다. 이중 코크스 가스는 전체의 44%를 차지하는 가장 비중이 높은 배출가스이며 코크스 생산과정에서 배출된다.

현대제철의 제철 과정을 살펴보면 우선 철광석을 잘게 부수는 과정을 거치고 석탄은 고로의 원료가 되는 코크스 생산과정을 거치게 된다.

코크스란 석탄을 가열해서 건류하는 과정으로 마치 나무를 숯으로 만드는 과정과도 같은 것이다. 이를 1500가 넘는 용광로라는 고로에 넣고 철광석을 녹여 철강을 생산하게 된다, 여기에서 고로가스가 배출되는데 용광로가 24시간 내내 작동되기 때문에 고로가스도 24시간 내내 나오게 된다.

마지막으로 나오는 전로 가스란 강철을 만드는 제강 과정에서 전로에 있는 용선과 산소가 반응해서 생기는 가스이다. 이런 전로가스는 독성이 강한 일산화탄소 함량이 높기 때문에 위험하다.

 

현대제철 공장 건물 앞에는 전기집진기 (2세트), 흡착답(2세트), TSA(3세트)가 일렬로 서 있다.

현대그린파워 부생가스발전은 현대제철의 철강 공정에서 나오는 코크스가스를 1차 정제를 해서 벙커씨유나 조경유(粗輕油)로 판매하고 나머지 코크스를 또 다시 정제하여 부생가스 발전에 활용된다. 그리고 최종적으로 순수한 수소만 남게 되어 수소공장에서 이를 활용하게 된다.

코크스 가스의 포집 과정을 살펴보면 우선 전기 집진기에서 먼저 타르를 제거한 다음 내부에 있는 압축기로 보내 5bar정도로 1차 가입을 하고 그리고 하늘 높이 솟은 TSA 흡착탑에서 황을 제거한다.

TSA란 온도 차이를 이용하여 이물질을 제거하는 설비로 황 이외에도 나프탈렌, 오일류, 수분을 제거한 후 다시 압축기로 다시 보낸다. 이번에는 17bar 정도로 2차 가압을 한 후 다음에 공장 뒷편에 있는 PSA(8세트)에서 마지막 정제작업을 한다.

PSA란 압력 차이를 이용해서 일산화탄소나 이산화탄소, 질소, 메탄 등을 분리 시키는 설비로서 여기를 통과하면 순수 수소만 남게 된다.

이같이 현대그린파워에는 TSA흡착탑에서 황을 제거하고 온도 차이를 이용하여 나프탈렌, 오일류, 수분을 제거하는 1차 포집 과정을 거치게 된다. 그리고 2차 포집 과정에서는 PSA흡착기에서는 기압의 차이를 이용하여 최종적으로 일산화탄소나 이산화탄소, 질소, 메탄 등을 분리 시켜 최종적으로 수소를 생산하게 된다.

 

한국화학연구원은 대부분 발전 연료로만 쓰이던 철강산업 부생가스에서 고부가가치 자원인 수소·일산화탄소를 분리·정제하는 기술을 개발했다. 즉 화학공정연구본부 김정훈 박사팀이 개발한 분리막 기술은 여러 기체가 혼합된 물질 중 원하는 기체만 선택적으로 분리할 수 있는 막 소재를 직·병렬 다단으로 연결해 원하는 기체의 순도·회수율을 높였다.

그동안 미국·중국 등 일부 국가에서만 흡착법으로 수소·일산화탄소를 분리·정제했는데, 고압에서 운전되고 가스 회수율이 낮아 플랜트 제작·운영 비용과 에너지가 많이 드는 게 단점으로 지적됐다.

연구팀이 이번에 개발한 기술은 흡착법보다 공정이 간단하고 회수율(투입 원료 대비 최종 생성물)이 높아 적은 비용과 낮은 에너지로 운영할 수 있다. 연구팀은 95% 이상 고순도 수소를 95% 이상 회수하고, 99% 이상 고순도 일산화탄소를 90% 이상 회수했다.

 

현재보다 60% 저렴한 가격으로 수소를, 66% 싼 비용으로 일산화탄소를 각각 얻을 수 있다. 또한 부생가스에서 수소 1t을 생산할 때 2.46t의 이산화탄소를, 일산화탄소 1t을 생산할 때 2.21t의 이산화탄소를 줄일 수 있다고 연구팀은 설명했다.

국내에서 철강 부생가스는 연간 8천만t가량 발생하는 데 대부분 발전 연료로 사용되면서 이 과정에서 이산화탄소가 3천만t 이상 배출된다.

이런 분리막을 활용하는 포집 기술이 상용화되면 전 세계 철강회사에 수출할 수 있으며 부생가스 속 수소·일산화탄소를 자원화하면 수소 경제 활성화 등 경제적 효과와 온실가스 감축 등 탄소 중립에도 기여하게 되는 것이다.

 

현대 수소공장에서는 시간당 400kg의 수소를 생산하는데 현재 가동률이 50%정도 이어서 시간당 200kg 수소만 생산하고 있다. 이는 연간 3,500톤 수소를 생산할 수 있는 설비이다.

제철소 고로가 24시간 운행되기 때문에 수소공장도 24시간 가동되며 지난해 연간 1,770톤 수소를 생산, 하루 평균 5톤가량을 생산한 셈이다.

이런 수소의 52%는 현대제철의 냉연공정이나 철분말 제조공정에서 다시 사용하고 나머지 48%는 외부에 유통 시킨다.

냉연공정에서는 강판을 650- 850도로 가열시켜 수소를 넣어 산소와 결합 시킨 뒤 물을 증발시키면 얼룩이 없는 깨끗한 강판이 생산된다. 철 분말을 만들 때에는 산소가 붙으면 산화철이 되는 산소를 없애는 환원 반응에 수소를 사용하게 되며 또한 산소 공정에서 아르곤을 생산할 때 산소를 제거하는 용도로 수소를 사용 한다.

외부에 유통되는 수소는 대체로 충전소용 수소로 보낸다. 충전소에 보내는 수소는 180bar정도로 수소를 압축해서 튜브 트레일러에 담아 이송한다.

수소는 이밖에도 반도체용 불화수소, 수소충전소, 금속, LED, 유리제조공정 등 다양하게 활용되고 있다. 또한 고순도 수소는 수소전기차 스택에 무리가 되지 않아 환영받고 있다.

 

부생수소는 1kg2, 3천원 수준에서 생산되고 있지만 수소충전소에 판매가격은 1kg6,500 -7,500원에 거래되고 있다. 이는 운송할 때 추가적인 과정을 거치면서 비용부담이 추가되기 때문이다.

한편 현대제철에서 나오는 부생가스보다도 대산석유화학단지에서 나오는 부생가스가 훨씬 많다. 그래서 대산석유화학단지의 한화 토털은 공장 부지에서 50MW규모의 부생수소 연료전지발전소가 완공되어 전력을 생산하고 있다. 이는 한화 토털에서 나오는 고순소 부생수소를 파이프 라인으로 받아서 발전을 하고 있는 것이다.

앞으로 당진산업단지에 LNG저장 단지까지 조성되어 수소경제의 생태계를 조성시켜 나갈 수 있는 여건이 조성되어 가고 있어 당진산업단지는 수소경제를 선도하는 첨단산업체들이 입주하게 될 것이다,

 

현대제철이 탄소중립을 실현시켜 나가려면 여기에 나오는 각종 배기가스인 일산화탄소, 이산화탄소, 질소, 메탄 함께 황 등 부수 물질을 재사용, 재활용, 제거 등을 통하여 제거하는 사업을 진행시켜 나가야 한다. 이런 프레임워크를 구축하는 일은 지속적으로 기술개발이 뒷받침되고 투자가 이뤄져 탄소순환 경제체제를 구축하는 일이 된다.

이는 당진시민들이 중심이 되어 20, 30년 장기 프로젝트를 통하여 완성시켜 나가야 될 사업인 것이다. 그래서 당진시민들이 나서서 현대제철의 탄소중립을 완성시켜 나가는 일에 적극적으로 참여해 나가면서 이를 기반으로 화력발전단지의 탄소중립도 추진해 나갈 수 있는 프레임워크를 구축해 나가야 할 것이다.

 

 

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